Question

【題目】（12分）工業(yè)燃燒煤、石油等化石燃料釋放出大量氮氧化物(NOx)、CO2、SO2等氣體，嚴(yán)重污染空氣。對廢氣進(jìn)行脫硝、脫碳和脫硫處理可實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、廢物利用。

Ⅰ、脫硝：已知：H2的燃燒熱為285.8kJ·mol－1

N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ·mol－1

H2O(g)=H2O(l) △H=－44 kJ·mol－1

催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為 。

Ⅱ、脫碳：向2L密閉容器中加入2mol CO2、6mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)

（1）①該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件是 （填“低溫”、“高溫”或“任意溫度”）

②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 。

a．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變 b．CO2和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變

c．CO2和H2的轉(zhuǎn)化率相等 d．混合氣體的密度保持不變

e．1mol CO2生成的同時有3mol H—H鍵斷裂

③ CO2的濃度隨時間（0～t2）變化如下圖所示，在t2時將容器容積縮小一倍，t3時達(dá)到平衡，t4時降低溫度，t5時達(dá)到平衡，請畫出t2～t6 CO2的濃度隨時間的變化。

（2）改變溫度，使反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H＜0 中的所有物質(zhì)都為氣態(tài)。起始溫度和體積均相同（T1℃、2 L密閉容器）。反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)見下表：

		反應(yīng)時間	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
反應(yīng)I	恒溫恒容	0min	2	6	0	0
		10min		4.5
		20min	1
		30min			1
反應(yīng)II	絕熱恒容	0min	0	0	2	2

達(dá)到平衡時，反應(yīng)I、II對比：平衡常數(shù)K(I) K(II)（填“＞”“＜”或“＝”下同）；平衡時CH3OH的濃度c(I) c(II)。

Answer 1

【答案】Ⅰ、4 H2(g)+2 NO2(g)=N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；（2）①低溫；②de；

③；

（2）＜；＜。

【解析】

試題分析：Ⅰ． 已知：H2的燃燒熱為285.8kJ·mol－1①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8KJ/mol ②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+133kJ/mol ③H2O(g)=H2O(l) △H=－44 kJ/mol。①×4-②-③×4得到催化劑存在下，H2還原NO2生成水蒸氣和其它無毒物質(zhì)的熱化學(xué)方程式為4 H2(g)+2 NO2(g)= N2(g)+4H2O(g) △H=-1100.2kJ/mol；Ⅱ．（1）①CO2(g) +3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)，熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＜0，低溫下滿足△H-T△S＜0，反應(yīng)就可以自發(fā)進(jìn)行；②CO2(g) +3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)，A．混合氣體的平均式量始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；B．向2L密閉容器中加入2molCO2(g)、6molH2(g)，按照1：3反應(yīng)，所以過程中CO2(g)和H2(g)的體積分?jǐn)?shù)始終保持不變，錯誤；C．向2L密閉容器中加入2molCO2(g)、6molH2(g)，按照1：3反應(yīng)，CO2(g)和H2(g)的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；D．反應(yīng)物是氣體，生成物是液體，混合氣體的密度保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；e.1mol CO2生成的同時有3mol H-H鍵斷裂，說明正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；③在t2時將容器容積縮小一倍，壓強(qiáng)增大，二氧化碳濃度增大，平衡正向進(jìn)行，隨后減小，t3時達(dá)到平衡，t4時降低溫度，平衡正向進(jìn)行，二氧化碳減小，反應(yīng)速率減小，t5時達(dá)到平衡；圖象t2起點(diǎn)二氧化碳濃度突然增大為1mol/L，隨反應(yīng)進(jìn)行減小，圖中t3到t4終點(diǎn)平衡線在0.5的線上，t4以后在0.5線以下，但不能到橫坐標(biāo)線上且有平衡線段，圖象為：

（2）CO2(g) +3H2(g)═CH3OH(l)+H2O(l)△H＜0，反應(yīng)Ⅰ是恒溫恒容容器，Ⅱ為恒容絕熱，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，圖表中反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ若恒溫恒容達(dá)到相同平衡狀態(tài)，Ⅱ為逆向恒容絕熱，溫度降低，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，甲醇濃度增大。